Dlaczego często stosuje się dwa tranzystory zamiast jednego?

20

Wiele konstrukcji obwodów, które widzę z tranzystorami, wykorzystuje dwa tranzystory połączone razem zamiast jednego tranzystora. Przykładem:

Wzmacniacz sygnału 3,3 V -> 5 V.

Obwód ten został zaprojektowany, aby umożliwić urządzeniu z UART 3,3 V komunikację z mikrokontrolerem 5 V.

Rozumiem, że gdy Q2 jest wyłączone, TX_TTL będzie wysoki, a gdy Q2 jest włączony, TX_TTL będzie niski. Moje pytanie brzmi: dlaczego nie uruchomić UART_TXD bezpośrednio do podstawy Q2 zamiast używać Q1 do kontrolowania napięcia podstawowego Q2?

transistors uart npn Nate
źródło
8
Użycie jednego tranzystora odwróciłoby sygnał. Dwa tranzystory odwracają go z powrotem.
pjc50
1
podwójny tranzystor nie jest potrzebny, jeśli używasz PNP, ponieważ logiczne przesunięcie poziomu nie następuje
Lesto

Odpowiedzi:

23

To, co masz, to w zasadzie dwustopniowy wzmacniacz - dwa kolejne wzmacniacze. W takiej konfiguracji obwodu wzmocnienie obu wzmacniaczy zwielokrotnia się. Ponieważ każdy etap ma ujemny zysk w twoim przykładzie, ogólny zysk jest ponownie dodatni.

Załóżmy więc, że Q1 i R2 mają wzmocnienie napięcia -10, a Q2 wraz z R3 tworzą również wzmocnienie -10. Wtedy całkowity zysk wynosi 100, co jest dodatnie i znacznie większe niż wzmocnienie pojedynczego etapu.

W twoim przykładzie oznacza to, co następuje: Jeśli UART_TXD przejdzie w stan Wysoki, TX_TTL również przejdzie w stan Wysoki. Jeśli pominiesz Q1 i bezpośrednio karmisz Q2 UART_TXD, wtedy TX_TTL przejdzie w stan niski, gdy UART_TXD jest wysoki.

primax
źródło
4
uzgodnione - w podanym przykładzie obwodu cyfrowego wzmocnienie nie jest ważne, jedynie odwrócenie sygnału. Tak mówi ostatni akapit mojej odpowiedzi. Niemniej jednak pytanie jest zadawane w sposób ogólny, bez ograniczeń w dziedzinie cyfrowej. W obwodach analogowych wykonujesz stopnie kaskadowe w celu zwiększenia małego wzmocnienia sygnału .
primax
Wyższy zysk w cyfrowym stopniu wyjściowym oznaczałby szybsze przejścia, krawędzie przebiegów bardziej wyrównane, prawda? Pojedynczy tranzystor byłby „wolniejszy”. Może ma to znaczenie tylko wtedy, gdy wzmocnienie jest tak niskie, że przejście sygnału hi / lo lub lo / hi zajmuje znaczną część cyklu zegara?
Matt B.
9

Jak zauważają inni, głównym celem jest osiągnięcie nieodwracającego przetwornika poziomu.

Do „dodatkowych punktów” możesz użyć poniższego obwodu.
Sterownik musi być w stanie dostarczyć prąd wyjściowy (ale nie napięcie).
Ponieważ Iload_max = ~ 5V / 10k = 0,5 mA większość źródeł wejściowych będzie OK.

Vin = wysoki = 3V3 -> Q1 wyłączony
Vout podniesiony wysoko przez R2.

Vin = niski = masa -> Q1 włączony.
Vout ściągnięty do Vin przez Q1 CE przy
I load = 5V / 10k musi zostać zatopiony przez napęd wejściowy.

Obwód ten ma szczególną wartość przy sterowaniu obciążeniem wysokonapięciowym, np. Z mikrokontrolera. Vout max jest ustawiony na podstawie napięcia znamionowego Q1.
Pin wejściowego napędu musi być w stanie obniżyć prąd obciążenia.

To „zabawny” wzmacniacz „wspólnej bazy”.

schematyczny

symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab

Russell McMahon
źródło
Ciekawy! Czy są jakieś zalety korzystania z metody dwóch tranzystorów (pokazanej w moim pierwotnym pytaniu) w porównaniu z tą konfiguracją? Zastanawiam się tylko, dlaczego projektant w obwodzie, na który patrzę, zdecydowałby się na użycie dwóch tranzystorów połączonych razem zamiast tej konfiguracji, która wymaga tylko jednego!
Nate
2
@Nate - Jak zauważyłem, obwód jednego tranzystora wymaga, aby sterownik wejściowy mógł pochłonąć prąd obciążenia. W przypadku sygnałów poziomu logicznego (takich jak tutaj) rzadko stanowi to problem. W przypadku obciążeń energetycznych sterownik zwykle nie jest w stanie pobrać wystarczającej ilości prądu. | Innym powodem, dla którego nie należy go używać, jest to, że jest niezwykły i ludzie nie widzą, jak to działa, i może powodować eksplozję mózgów (w niektórych przypadkach nie zajmuje dużo), a zombie stają się zrzędliwe.
Russell McMahon